JPH05344766A - 超音波モータのステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】焼結形成された少なくともステータの振動部の
密度を向上させてロータの回転効率を向上させるととも
に、トルク及び出力を向上させ、しかもステータの製作
の簡素化及び低コスト化を図ることを目的とする。 【構成】圧電素子１０ａに交流電圧を印加して円環状の
ステータ１０を振動させ、この振動により前記ステータ
１０の上面に対して接触する円環状のロータ１７を回転
させる超音波モータのステータにおいて、前記ステータ
１０を焼結合金にて形成するとともに、該ステータ１０
の上面にはその径方向に略等間隔にスリット１５を形成
して櫛歯状の振動部１６を形成し、前記ステータ１０の
径方向と直交する方向からの前記振動部１６を略方形状
に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータに係り、詳
しくはロータのトルク、出力及び効率を向上させる超音
波モータのステータ及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波モータは、金属製のステー
タの下面に設けられた圧電素子に交流電圧を印加する
と、ステータに振動が発生し、該ステータの上面に載置
されたロータが回転するようになっている。このステー
タを図２５に示す。円板形状に形成されたステータ５０
の外周縁上面には放射状に複数のスリット５１が形成さ
れ、このスリット５１によって複数の突起体５２が形成
されている。

【０００３】このスリット５１をステータ５０に形成し
て突起体５２を形成することにより、ステータ５０が図
示しない圧電素子にて振動したとき、突起体５２は縦方
向の振動だけでなく、横方向への振動も行うことができ
る。従って、突起体５２の上面に載置される図示しない
ロータは該突起体５２の縦方向への振動と、横方向への
振動により効率よく回転する。

【０００４】ところで、ステータ５０にスリット５１を
形成して突起体５２を形成し、この突起体５２の振動に
よりロータを効率よく回転させるが、スリット５１の寸
法をあまり広く取り過ぎると、突起体５２の上面とロー
タとの接触面積が小さくなり、ロータを効率よく回転さ
せることができなくなってしまう。従って、スリットの
寸法をできるだけ小さくし、突起体５２とロータとの接
触面積の接触面積を大きくすることが望ましい。

【０００５】しかし、ステータ５０を機械加工により製
作し、切削加工によってスリット５１を形成する場合、
製作工数が多くなって製作時間が多くなるとともに、コ
ストが高くなってしまうという問題がある。又、ロータ
が摺接するステータ５０の突起体５２上面の平面度を出
すために大幅な研磨（ラップ）加工を行う必要があり、
大変手間がかかるという問題がある。

【０００６】そこで、ステータ５０の製作時間の短縮、
ラップ加工の簡易化を図る目的としてステータ５０を焼
結合金にて形成したり鍛造によって形成することが考え
られている。

【０００７】又、この他に特開平３−１９８６７４号公
報に示す超音波モータのステータが提案されている。こ
のステータの外周縁上面にはステータの径方向に複数の
スリットが形成されて櫛歯状の振動部が形成されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、焼結形成や鍛
造形成によってスリット５１を形成して突起体５２を形
成する場合、前記スリット５１の寸法を小さくするには
限界がある。従って、突起体５２とロータとの接触面積
を多くすることができなくなるため、ロータを効率よく
回転させることができなくなるという問題がある。

【０００９】更に、焼結形成にてステータ５０を形成し
た場合、ステータ５０の密度が低いため、圧電素子の振
動が減衰しやすくロータを効率よく回転させることがで
きないという問題がある。

【００１０】又、特開平３−１９８６７４号公報に示す
櫛歯状の振動部はステータの径方向と直交する方向から
見たときの形状が台形状となっている。そのため、粉体
を加圧形成してこの振動部を形成するとき、斜状部付近
の粉体に加わる加圧が逃げてしまう。従って、振動部全
体を均一に加圧形成することができず、振動部の密度を
均一にすることができないという問題がある。

【００１１】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は焼結形成された少なくと
もステータの振動部の密度を向上させてロータの回転効
率を向上させるとともに、トルク及び出力を向上させ、
しかもステータの製作の簡素化及び低コスト化を図るこ
とができる超音波モータのステータ及びその製造方法を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、請求項１では、圧電素子に交流電圧を印加
して円環状のステータを振動させ、この振動により前記
ステータの上面に対して接触する円環状のロータを回転
させる超音波モータのステータにおいて、前記ステータ
を焼結合金にて形成するとともに、該ステータの上面に
はその径方向に略等間隔にスリットを形成して櫛歯状の
振動部を形成し、前記ステータの径方向と直交する方向
からの前記振動部を略方形状に形成したことをその要旨
とする。

【００１３】請求項２では、圧電素子に交流電圧を印加
して円環状のステータを振動させ、この振動により前記
ステータの上面に対して接触する円環状のロータを回転
させる超音波モータのステータにおいて、前記ステータ
を焼結合金にて形成するとともに、該ステータの上面に
おいてその径方向には略等間隔にスリットを形成して櫛
歯状の振動部を形成し、少なくとも前記スリットにより
形成された櫛歯状の振動部を高密度に加工したことをそ
の要旨とする。

【００１４】請求項３では、高密度の加工は加圧加工で
あることをその要旨とする。請求項４では、櫛歯状の振
動部を９０％以上の高密度に加工したことをその要旨と
する。

【００１５】請求項５では、焼結後のステータにおける
櫛歯状の振動部の基部よりも先端部の方が幅広となるよ
うに形成したことをその要旨とする。請求項６では、上
面径方向に略等間隔にスリットを形成して櫛歯状の振動
部を形成する超音波モータのステータの製造方法におい
て、合金の粉体を加圧してステータを形成加工し、形成
加工したステータを焼結加工し、焼結加工されたステー
タの形成寸法を向上させるべくサイジング加工し、サイ
ジング加工されたステータの少なくとも前記櫛歯状の振
動部を加圧加工するようにしたことをその要旨とする。

【００１６】請求項７では、加圧加工による加圧は１０
ｋｇ／ｍｍ² 以上であることをその要旨とする。請求項
８では、上面径方向に略等間隔にスリットを形成して櫛
歯状の振動部をもち、径方向と直交する方向からの前記
振動部を略方形状に形成した超音波モータのステータの
製造方法において、合金の粉体を加圧して前記ステータ
を形成加工し、形成加工されたステータを焼結加工した
ことをその要旨とする。

【００１７】

【作用】請求項１において、ステータの径方向と直交す
る方向からの振動部を略方形状に形成したことにより、
粉体の合金を形成加圧してステータを形成する際、櫛歯
状の振動部の全体に均等な形成加圧を与えることができ
る。従って、櫛歯状の振動部の密度が均一化される。

【００１８】請求項２において、少なくともスリットに
より形成された櫛歯状の振動部を高密度に加工すること
により、圧電素子の振動が振動部により減衰しにくくな
り、圧電素子の振動がロータに効率よく伝達される。

【００１９】請求項３において、加圧加工により少なく
とも櫛歯状の振動部が高密度に加工される。請求項４に
おいて、櫛歯状の振動部は９０％以上の高密度に加工す
ることにより、圧電素子の振動が振動部によって減衰し
くくなり、圧電素子の振動がロータに効率よく伝達され
る。

【００２０】請求項５において、振動部の基部よりも先
端部の方が幅広となるため、ロータと振動部の上面との
接触面積を大きくすることができる。従って、圧電素子
の振動がロータに効率よく伝達される。

【００２１】請求項６において、合金の粉体を加圧する
とステータが形成加工される。このステータは焼結加工
することにより焼固められる。焼結加工により焼固めら
れたステータはサイジング加工により予め定められた形
成寸法に加工され、寸法精度が向上する。サイジング加
工されたステータの少なくとも櫛歯状の振動部は加圧加
工によって高密度に加工される。

【００２２】請求項７において、加圧加工による加圧を
１０ｋｇ／ｍｍ² 以上とすればロータや振動部が高密度
となる。又、加圧加工による加圧を１０ｋｇ／ｍｍ² 以
上とすれば、密度の値が飽和状態に近い状態となる。従
って、圧電素子の振動が振動部によって減衰することな
く効率よくロータに伝達される。

【００２３】請求項８において、合金の粉体を形成加工
した後、焼結加工するとステータが製造される。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を超音波モータに具体化した一
実施例を図１〜図１６に基づいて説明する。

【００２５】図１に示すように、超音波モータを構成す
る本体ケース１は基台２と上部カバー３とから構成さ
れ、前記基台２と上部カバー３とから収納空間部４が形
成されている。前記基台２の中央上面には載置部５が突
出形成されるとともに、該基台２の中央下面には収納凹
部６が凹設されている。そして、前記基台２の中央には
挿通孔７が形成され、該挿通孔７を介して回転軸８の先
端が前記収納空間部４に挿入されている。又、前記回転
軸８は収納凹部６に配設される軸受９によって回転可能
に支持されている。

【００２６】前記載置部５上面における挿通孔７の外周
縁には係止片５ａが一体形成されている。又、載置部５
には焼結金属製の円環状のステータ１０が載置され、該
ステータ１０に形成された貫通孔１１に前記係止片５ａ
が上方に向かって挿通され、係止片５ａの上端が貫通孔
１１の外周縁と係合されている。これにより、ステータ
１０は基台２の載置部５に対して係止固定されている。
又、前記ステータ１０の貫通孔１１には前記回転軸８が
挿通された状態となっている。

【００２７】前記ステータ１０は載置部５に載置される
基台１２と、この基台１２の外周に一体形成される肉薄
部１３と、この肉薄部１３の外周に一体形成される支持
台１４とから構成されている。そして、ステータ１０に
おける支持台１４の上面には、該ステータ１０の貫通孔
１１を中心に径方向に対して等間隔となる複数のスリッ
ト１５が形成されている。前記支持台１４の上面に対し
てスリット１５を複数形成することにより、ステータ１
０における支持台１４の上面には櫛歯状の振動部１６が
形成されている。又、前記振動部１６はステータ１０の
径方向と直交する方向から見たとき、方形状となるよう
に形成されている。

【００２８】図２，図３に示すように、前記ステータ１
０における支持台１４の上面外周部に形成された放射状
の複数のスリット１５の幅は約１ｍｍとなっている。
又、前記振動部１６の上部には上方へ向かう程拡開する
ように形成された突出部１６ａが形成され、この突出部
１６ａによって振動部１６の上部におけるスリット１５
の寸法を小さくするようにしている。

【００２９】尚、本実施例においては、突出部１６ａに
よるスリット１５の寸法を０．５ｍｍ程度としている。
前記スリット１５によって形成された振動部１６は圧電
素子１０ａの振動による進行波により上下及び水平方向
に振動する。つまり、スリット１５の形成によりステー
タ１０の振動部１６に上下方向の振動ばかりでなく、水
平方向の振動も発生させることができる。この振動部１
６の上下及び水平方向への振動によりロータ１７は進行
波の進行方向とは逆の方向に回転する。又、振動部１６
の上部に形成された突出部１６ａによってスリット１５
の寸法を小さくしているため、ステータ１０の振動部１
６とロータ１７との接触面積を多くすることができるよ
うになっている。

【００３０】図１に示すように、前記ステータ１０の裏
面外周縁には圧電素子１０ａが付着されている。そし
て、前記圧電素子１０ａには９０ｄｅｇの位相差を持っ
た電圧がそれぞれ印加され、電気エネルギーを振動エネ
ルギーに変換するようになっている。これにより、ステ
ータ１０の振動部１６には一方向に進む進行波が発生す
るようになっている。

【００３１】前記ステータ１０における振動部１６の上
面にはアルミニウムにより構成された金属製のロータ１
７が載置されている。そして、前記ロータ１７の下面周
縁にはライニング材（耐摩耗性のテフロン系樹脂）１８
が付着されている。又、前記ロータ１７の中央には挿入
孔１９が透設されている。そして、この挿入孔１９には
前記回転軸８が挿入され、該回転軸８の先端部がロータ
１７の上部に突出した状態となっている。又、前記ロー
タ１７は回転軸８を介して接地された状態になってい
る。

【００３２】又、前記ロータ１７の上面には弾性部材２
０が載置され、この弾性部材２０は前記回転軸８の先端
部に設けられた雄ねじ８ａに螺合するナット２１を締め
付けることによって前記ロータ１７を下方へ押圧してい
る。従って、前記ロータ１７はライニング材１８を介し
てステータ１０の上面に対して圧接された状態で載置さ
れている。そして、圧電素子１０ａの振動によってステ
ータ１０の振動部１６に発生した一方向の進行波によ
り、ロータ１７及び回転軸８は一方向の進行波とは逆の
方向に回転するようになっている。

【００３３】次に、前記ステータ１０の製造行程につい
て説明する。まず、形成加工について説明する。図５に
示すように、円柱状の下形成金型２５の上部外周縁には
円環状の案内金型２６が嵌め込まれている。前記下形成
金型２５の中央上面には挿通孔１１を形成する円筒形状
の孔形成突部２７が形成されている。そして、下形成金
型２５の上部外周面には孔形成突部２７を中心に放射状
に延びる凹凸部２８が複数形成されている。

【００３４】そして、前記凹凸部２８は孔形成突部２７
の径方向と直交する方向からの形状を方形状となるよう
に形成されている。この凹凸部２８によってステータ１
０の支持台１４に対してスリット１５が形成されるとと
もに、振動部１６が形成されるようになっている。

【００３５】前記下形成金型２５の上面において、前記
凹凸部２８の内周面側には円環状の形成突部２９が形成
されている。この形成突部２９によって前記ステータ１
０に対して肉薄部１３を形成する形成凹部２９ａが形成
されるようになっている。

【００３６】前記下形成金型２５の上部には円柱状の上
形成金型３０が対向するように配設されている。この上
形成金型３０は前記案内金型２６に沿って上下にスライ
ド可能となっている。前記上形成金型３０の中央には透
孔３１が形成され、前記下形成金型２５の孔形成突部２
７が挿入されるようになっている。前記上形成金型３０
の下面において、前記下形成金型２５の形成突部２９に
対向するように円環状の逃げ凹部３２が形成されてい
る。

【００３７】従って、前記逃げ凹部３２を上形成金型３
０に形成したことにより、ステータ１０における基台１
２、肉薄部１３を形成する部分、支持台１４の厚さを略
均等にすることができるようになっている。

【００３８】そして、焼結合金となる粉体（本実施例に
おいては、りん青銅）３３を予め定められた質量だけ下
形成金型２５に充填する。このとき、下成形金型２５の
凹凸部２８に粉体３３を充填することができるため、凹
凸部２８によりステータ１０に対してスリット１５及び
振動部１６が確実に形成される。

【００３９】この他に、例えば下形成金型２５と上形成
金型３０との配置を逆にし、上形成金型３０に粉体３３
を予め定められた質量だけ充填することも考えられる。
そして、前記下形成金型２５をスライドさせてステータ
１０を形成する。このとき、下形成金型２５の凹凸部２
８によりスリット１５及び振動部１６が形成される。し
かし、凹凸部２８に粉体３３が充分入り込むことができ
ない場合があり、不良品を製造する可能性がある。従っ
て、この実施例においてはこのような不良品の製造の防
止を行うことができる。

【００４０】そして、上形成金型３０によって所定の形
成圧力で粉体３３を加圧し、ステータ１０を形成する。
このとき、ステータ１０における基台１２、肉薄部１３
を形成する部分、支持台１４の厚さが略均等となってい
るため、形成圧力を均等に与えることができる。この結
果、ステータ１０を構成する粉体３３の単位体積当たり
の密度が均一となるようになっている。

【００４１】更に、凹凸部２８が方形状となっているた
め、ステータ１０に形成される方形状の振動部１６全体
に均等な加圧力が与えられる。従って、振動部１６にお
ける粉体３３の単位体積当たりの密度が均一にできるよ
うになっている。

【００４２】次に、焼結加工について説明する。形成加
工により所定の形成圧力で加圧されたステータ１０は図
示しない加熱装置内で所定の行程に基づいて高温加熱さ
れて焼結加工される。

【００４３】このとき、りん青銅によってステータ１０
を形成して加熱加工した場合、約２％の収縮がある。そ
のため、ステータ１０の挿通孔１１の内径寸法が変化す
るため、この内径寸法の精度を向上させるための加工、
つまりサイジング加工が行われる。

【００４４】次に、このサイジング加工について説明す
る。図６に示すように、円柱状となる加工下金型３５の
中央には貫通孔３６が形成され、この貫通孔３６内には
矯正ロッド３７がスライド可能に配設されている。この
矯正ロッド３７の直径はステータ１０の挿通孔の内径と
同じ寸法となっている。又、前記加工下金型３５の上面
には焼結加工後のステータ１０が載置されるようになっ
ている。このとき、ステータ１０の振動部１６が上面と
なるように配置するため、加工下金型３５には受け凹部
３５ｂが形成されている。従って、ステータ１０の逃げ
突部３３ａが収納されるようになっている。

【００４５】前記加工下金型３５の上部外周には加工ガ
イド金型３８が嵌め込まれている。そして、前記加工下
金型３５の上部には加工上金型３９が対向するように配
設されている。この加工上金型３９は加工ガイド金型３
８に沿って上下にスライドするようになっている。前記
加工上金型３９の中央には挿入孔４０が形成され、前記
矯正ロッド３７が挿入可能となっている。

【００４６】又、加工上金型３９の下面には円環状の挿
入突部４１が形成され、前記ステータ１０に形成された
形成凹部２９ａに嵌まり込むようになっている。更に、
前記加工上金型３９の下面外周にはステータ１０におけ
る振動部１６の上面を加圧する加圧凹部４２が形成され
ている。

【００４７】従って、図６に示すように、焼結形成され
たステータ１０を振動部１６が上面となるように加工下
金型３５の上面に載置する。この状態で、加工上金型３
９をスライドさせる。そして、加工上金型３９、加工下
金型３５及び加工ガイド金型３８によってステータ１０
を挟持する。その後、図７に示すように、矯正ロッド３
７を上方へスライドさせると、剪断によってステータ１
０の貫通孔１１が矯正ロッド３７の直径と同じになる。
従って、貫通孔１１の内径寸法が予め設定された値とな
る。

【００４８】そして、サイジング加工後のステータ１０
を図８に示す。この時点で、ステータ１０には逃げ凹部
３２によって逃げ突部３３ａが形成された状態となって
いる。そのため、点線にて示す部分に沿って逃げ突部３
３ａを切削加工して切削凹部３３ｂを形成することによ
りステータ１０に対して肉薄部１３が形成される。従っ
て、肉薄部１３における焼結合金の単位体積当たりの密
度を基台１２及び支持台１４における焼結合金の単位体
積当たりの密度と略同じにすることができるようになっ
ている。尚、この時点でステータ１０の径方向とは直交
する方向から見たときの振動部１６は方形状となってお
り、図９に示すように、スリット１５の幅は１ｍｍとな
っている。

【００４９】次に、サイジング加工後のステータ１０に
おける焼結合金の単位体積当たりの密度を増加させる行
程について説明する。本実施例においては、加圧加工を
行って振動部１６の密度を増加させている。尚、前述し
たサイジング加工を行う際の各金型３５，３８，３９と
略同一構成のため、構成の異なる部分についてのみ詳述
し、その他の構成については同一番号を付してその説明
を省略する。

【００５０】その加圧加工について説明する。図１０に
示すように、加圧下金型３５ａの上面中央には円柱状の
挿入突部４５が形成されている。この挿入突部４５はサ
イジング加工後のステータ１０の挿通孔１１に挿通され
るようになっている。又、加圧下金型３５ａの上面には
円環状の支持突部４６が形成され、前記ステータ１０の
切削凹部３３ｂに挿入されるようになっている。そし
て、加圧下金型３５ａの上部外周には加圧ガイド金型３
８ａが嵌め込まれている。

【００５１】又、加圧上金型３９ａの下面及び挿入突条
４１がステータ１０の基台１２及び形成凹部２９ａに当
接する前に、加圧凹部４２が振動部１６と当接するよう
になっている。従って、図１１に示すように、加圧凹部
４２によってステータ１０の振動部１６及び支持台１４
のみが加圧されるようになっている。

【００５２】図１０に示すように、前記加圧下金型３５
ａにサイジング加工後のステータ１０を振動部１６が上
面となるように載置する。この状態において、前記加圧
上金型３９ａを下方にスライドさせると、加圧凹部４２
によってステータ１０の振動部１６及び支持台１４のみ
が加圧される。すると、図２２に誇張して示すステータ
１０の振動部１６上面に形成された空孔１６ｂと同じ振
動部１６及び支持台１４の焼結合金の空孔が押しつぶさ
れる。そのため、振動部１６及び支持台１４の空孔率は
本実施例において５〜１５％となる。従って、振動部１
６及び支持台１４の焼結合金が圧縮された状態となる。
この結果、振動部１６及び支持台１４における焼結合金
の単位体積当たりの密度が上昇する。

【００５３】又、焼結形成時のステータ１０における振
動部１６上面の平面度が悪い（約１００μｍ）。しか
し、加圧凹部４２によって振動部１６及び支持台１４を
加圧することにより、振動部１６における上面の平面度
を向上させることができる。

【００５４】更に、図２に示すように、加圧凹部４２に
よって振動部１６の上面を加圧し、該振動部１６はその
上面に向かうほど拡開する突出部１６ａが形成されてい
る。そのため、振動部１６上部の突出部１６ａ間のスリ
ット１５の幅は本実施例において０．５ｍｍとなってい
る。

【００５５】次に、上記のように構成された超音波モー
タの動作に付いて簡単に説明する。図示しない駆動回路
から圧電素子１０ａに９０ｄｅｇの位相差を持った駆動
電圧を印加すると、該圧電素子１０ａが振動してステー
タ１０に一方向の進行波が発生する。この進行波によっ
てステータ１０の上面外周に形成された振動部１６が上
下及び水平方向に振動する。この振動により、ロータ１
７はステータ１０の一方向の進行波とは逆の方向に回転
する。

【００５６】従って、スリット１５により突起部１６を
形成することから、振動部１６には上下方向の振動ばか
りでなく、水平方向の振動も発生させることができる。
この結果、ロータ１７を効率よく回転させることができ
るため、トルク及び出力を増加させることができる。

【００５７】又、ステータ１０にスリット１５を形成し
て複数の振動部１６を設け、この振動部１６には加圧に
よりスリット１５の寸法を小さくする突出部１６ａを形
成しているため、ロータ１７と振動部１６の接触面積を
多くすることができる。この結果、振動部１６の上下及
び水平方向への振動をロータ１７に効率よく伝達するこ
とができるため、ロータ１７を効率よく回転させること
ができる。従って、モータのトルク及び出力を増加させ
ることができる。

【００５８】更に、前記振動部１６の上部における突出
部１６ａは加圧下金型３５，加圧ガイド金型３８，加圧
上金型３９によって加圧されて形成されるが、このとき
振動部１６の上面の平面度を向上させることができる。
この結果、振動部１６の上面とロータ１７の下面との接
触率を向上させることができるので、各振動部１６の振
動をロータ１７に伝達させることができ、ロータ１７を
効率よく回転させることができる。

【００５９】次に、上記のように構成されたステータ１
０の諸特性について説明する。図１２は、ステータ１０
の振動部１６に加えた面圧に対する振動部１６の平面度
を示したものである。そして、焼結形成後のステータ１
０の平面度は約１２０μｍである。又、面圧を１０ｋｇ
／ｍｍ² とすると、平面度は約２５μｍに向上する。更
に、面圧を１３０ｋｇ／ｍｍ² とすると、平面度は約５
μｍに向上する。この結果、面圧を増加させれば平面度
も向上することが分かる。更に、面圧を１０ｋｇ／ｍｍ
² 以上とすれば平面度の向上率が小さくなり、飽和状態
に近くなる。従って、面圧を１０ｋｇ／ｍｍ² とするこ
とが望ましい。

【００６０】図１３は、ステータ１０の振動部１６に加
えた面圧に対する振動部１６の密度を示したものであ
る。そして、焼結形成後のステータ１０における振動部
１６の密度は約８．０ｇ／ｃｍ³ である。又、面圧を１
０ｋｇ／ｍｍ² とすると、密度は約８．１ｇ／ｃｍ³ と
なる。更に、面圧を１３０ｋｇ／ｍｍ² とすると、密度
は約８．２ｇ／ｃｍ³ となる。この結果、面圧を増加さ
せれば密度も向上することが分かる。更に、面圧を１０
ｋｇ／ｍｍ² 以上とすれば密度の増加率が小さくなり、
飽和状態となる。従って、面圧を１０ｋｇ／ｍｍ² とす
ることが望ましい。

【００６１】又、りん青銅の固まりの密度は８．９３ｇ
／ｃｍ³ となる。そして、焼結形成後のステータ１０に
おける振動部の密度は８．０ｇ／ｃｍ³ となり、密度割
合は８．０ｇ／ｃｍ³ ÷８．９３ｇ／ｃｍ³ ×１００＝
８９．６％となる。このときの空孔率は１０．４％であ
る。

【００６２】ここで、面圧を１０ｋｇ／ｍｍ² としたと
きの振動部１６の密度は、８．１ｇ／ｃｍ³ となる。従
って、密度割合は８．１ｇ／ｃｍ³ ÷８．９３ｇ／ｃｍ
³ ×１００＝９０．７％となる。このときの空孔率は
９．３％である。更に、面圧を１３０ｋｇ／ｍｍ² とし
たときの振動部１６の密度は、８．２ｇ／ｃｍ³ とな
る。従って、密度割合は８．２ｇ／ｃｍ³ ÷８．９３ｇ
／ｃｍ³ ×１００＝９１．８％となる。このときの空孔
率は８．２％である。

【００６３】この結果、振動部１６を加圧加工すること
により、９０％以上の高密度に加工していることが分か
る。又、上記の手順にて製造したステータ１０の諸条件
を異ならせた場合の超音波モータの諸特性に付いて説明
する。

【００６４】図１４はトルクＴと回転数Ｎとの関係と示
す特性図である。実線（Ａ）は振動部１６の密度が７．
８ｇ／ｃｍ³ で、振動部１６の平面度が１．５μｍとな
るステータ１０を超音波モータに使用したときの特性を
示す。一点鎖線（Ｂ）は振動部１６の密度が７．４ｇ／
ｃｍ³ で、振動部１６の平面度が１．５μｍとなるステ
ータ１０を超音波モータに使用したときの特性を示す。
二点鎖線（Ｃ）は振動部１６の密度が７．０ｇ／ｃｍ³
で、振動部１６の平面度が１．５μｍとなるステータ１
０を超音波モータに使用したときの特性を示す。

【００６５】この特性から分かるように、振動部１６の
密度が高ければ高い程、高トルク特性を示すことが分か
る。図１５はトルクＴと回転数Ｎとの関係を示す特性図
である。実線（Ｇ）は振動部１６の平面度が２．５μｍ
で、振動部１６の密度が８．２ｇ／ｃｍ³ となるステー
タ１０を超音波モータに使用したときの特性を示す。一
点鎖線（Ｈ）は振動部１６の平面度が４．５μｍで、振
動部１６の密度が８．２ｇ／ｃｍ³ となるステータ１０
を超音波モータに使用したときの特性を示す。二点鎖線
（Ｉ）は振動部１６の平面度が１０μｍで、振動部１６
の密度が８．２ｇ／ｃｍ³ となるステータ１０を超音波
モータに使用したときの特性を示す。

【００６６】この特性から分かるように、振動部１６の
平面度が高精度である程、高トルク特性を示すことが分
かる。図１６は加圧加工を行ったステータ１０、焼結成
形後のステータ１０、従来の単体の金属を切削加工して
成形したステータ５０のトルクＴと回転数Ｎとの関係を
示す特性図である。

【００６７】実線（Ｊ）は振動部１６の密度が８．２ｇ
／ｃｍ³ で、平面度が２．５μｍとなる加圧加工を行っ
たステータ１０を超音波モータに使用したときの特性を
示す。一点鎖線（Ｋ）は振動部１６の密度が８．０ｇ／
ｃｍ³ で、平面度が４．０μｍとなる焼結形成後のステ
ータ１０を超音波モータに使用したときの特性を示す。
二点鎖線（Ｌ）は振動部１６の密度が８．９３ｇ／ｃｍ
³ で、平面度が１．０μｍとなる切削加工により製造さ
れた従来のステータ５０を超音波モータに使用したとき
の特性を示す。

【００６８】この特性から分かるように、加圧加工を行
ったステータ１０の方が加圧加工を行わなかったステー
タ１０より高トルク特性を得ることが分かる。又、加圧
加工を行ったステータ１０と従来の切削加工によるステ
ータ５０との特性は略同等となるが、加圧加工を行った
ステータ１０の平面度を切削加工によるステータ５０と
同じにすれば加圧加工を行ったステータ１０の方が高ト
ルク特性となる。

【００６９】従って、ステータ１０の径方向と直交する
方向からの振動部１６の形状を方形状としたため、粉体
３３を加圧してステータ１０を形成するとき、振動部１
６に均等な加圧をかけることができる。この結果、振動
部１６の密度を均一にすることができる。そのため、密
度の不均一による圧電素子１０ａの振動が部分的に減衰
することがなくなる。この結果、ロータ１７に対して圧
電素子１０ａからの安定した振動を与えることができ
る。

【００７０】又、ステータ１０の少なくとも振動部１６
を加圧加工することにより、振動部１６及び支持台１４
における焼結合金の空孔が押しつぶされて空孔率が向上
する。更に、振動部１６の密度が向上する。この結果、
圧電素子１０ａによる振動が減衰することなくロータ１
７に伝達され、ロータ１７を効率よく回転させることが
できる。

【００７１】又、加圧加工によって振動部１６の平面度
も向上するため、ロータ１７の下面と振動部１６の上面
との接触率が上昇する。この結果、圧電素子１０ａから
の振動をロータ１７に効率よく伝達することができ、ト
ルク及び回転効率を向上させることができる。更に、振
動部１６の平面度が向上することにより、振動部１６の
平面度を高精度にするための研磨加工（ラップ加工）を
行う時間を簡単にし、短時間で行うことができる。

【００７２】そして、ステータ１０を粉体３３によって
加圧形成するとき、逃げ突部３３ａを形成してステータ
１０の厚さを全体的に均等にした。そのため、切削凹部
３３ｂを形成して肉薄部１３を形成したとき、肉薄部１
３の密度も支持台１４や振動部１６の密度と同じにする
ことができる。

【００７３】又、肉薄部１３を形成したことにより、圧
電素子１０ａの振動が基台１２に伝達されにくくなる。
この結果、圧電素子１０ａの振動によって超音波モータ
の本体ケース１が振動して異音を出すようなことを防止
することができる。

【００７４】尚、図１１の加圧凹部４２の深さを調整
し、加圧上金型３９の下面全体がステータ１０の上面に
当接するようにしてもよい。この構成を採用すれば、ス
テータ１０全体を加圧して全体の密度を向上させること
が可能となる。

【００７５】本実施例においては、加圧加工を行った
後、ステータ１０の振動部１６のラップ加工を行った
が、必要に応じてラップ加工を施さなくてもステータ１
０は使用することができる。

【００７６】本実施例においては、ステータ１０をサイ
ジング加工し、その後ステータ１０の振動部１６のみを
加圧したが、全体を加圧するようにしてもよい。更に、
図１７に示すように、ステータ１０をサイジング加工し
たとき、ステータ１０を加圧するようにしてもよい。こ
のとき、加工上金型３９は振動部１６以外のステータ１
０と接しないように形成されている。これはステータ１
０の振動部１６に過大な加圧をかけて面圧を１３０ｋｇ
／ｍｍ² とするためである。このとき、加工上金型３９
に加えられる力は本実施例において８０ｔｏｎとなる。
そして、振動部１６が加圧されると、図１８に示すよう
に、振動部１６以外のステータ１０も加圧される。

【００７７】従って、切削加工前となるステータ１０は
厚さが略均等であるため、基台１２、肉薄部１３の単位
体積当たりの密度を均一にすることができる。又、振動
部１６が加圧された後、ステータ１０全体が加圧され
る。このとき、挿通孔１１には矯正ロッド３７が挿通さ
れている。従って、矯正ロッド３７によって挿通孔１１
付近のステータ１０が内側に膨張することを防止するこ
とができる。この結果、ステータ１０を確実に加圧する
ことができ、密度の高いステータ１０を製造することが
できる。

【００７８】本実施例においては、振動部１６の突出部
１６ａを形成し、振動部１６の上部におけるスリット１
５の寸法を０．５ｍｍとしたが、この寸法に限定される
必要はない。つまり、スリット１５の寸法はできる限り
小さくした方が振動部１６とロータ１７との接触面積の
増加につながって望ましい。従って、突出部１６ａが互
いに干渉しない程度に振動部１６に形成すればよい。
又、突出部１６ａを形成した部分のスリット１５の寸法
は１ｍｍ以下とするのが望ましい。つまり、スリット１
５の寸法が１ｍｍ以上となると、振動部１６の振動がロ
ータ１７に伝達しにくくなり、ロータ１７の回転効率が
悪くなるからである。

【００７９】更に、本実施例においては、予め形成され
るスリット１５の幅を１ｍｍとしたが、その後加圧加工
により突出部１６ａを形成してスリット１５の幅を１ｍ
ｍ以下とするため、１ｍｍ以上の幅となるスリット１５
をステータ１０に予め形成することができる。この結
果、ステータ１０を焼結形成又は鍛造形成により容易に
形成することができる。

【００８０】又、本実施例においては、振動部１６の上
部を加圧して突出部１６ａを形成したが、図１９に示す
ように、振動部１６の上部に横方向に突出する突出部１
６ａを形成し、振動部１６の全体を断面Ｔ字状となるよ
うに形成してもよい。

【００８１】更に、図２０に示すように、振動部１６を
加圧して基部から円弧状に幅広となるように形成しても
よい。このとき、振動部１６の基部よりも該振動部１６
の上面を幅広に形成する。この結果、振動部１６の上面
とロータ１７との接触面積を多くすることができ、ロー
タ１７を効率よく回転させることができる。

【００８２】本実施例においては、振動部１６の上面を
水平状態に形成したが、図２１に示すように、振動部１
６の上面を内径方向に角度１０分程度下がる傾斜面とす
るように形成することも可能である。振動部１６の上面
には弾性部材２０によって押圧されるロータ１７が載置
される。このため、ロータ１７の外周部下面がその押圧
力によって反り、振動部１６もその押圧力によって下方
に反ってしまい、ロータ１７と振動部１６の上面とが不
完全な接触状態となることを防止することができる。
尚、振動部１６の上面の傾斜角度は弾性部材２０の押圧
の力加減によって変化するため、必要に応じて変更する
ことも可能である。

【００８３】又、この傾斜面は上成形金型３０によって
形成することも可能である。更に、ラップ加工を行うと
き、傾斜面とするように形成することも可能である。こ
の結果、従来ロータ１７の下面に設けていた傾斜面が不
要となってロータ１７の加工が容易となる。

【００８４】又、図２２に示すように、目潰し材４７を
ロータ１０の径方向又は周方向（本実施例においては径
方向）に移動させて振動体１６の上面を滑らすようにす
ることにより、誇張して示す振動部１６の空孔１６ｂの
目潰し加工を行うこともできる。その後、更に振動部１
６上面の研磨加工（ラップ加工）することにより、平面
度を向上させることができる。

【００８５】尚、目潰し加工はステータ１０の焼結成形
後であれば、いつ行ってもよい。又、ステータ１０は多
孔質の焼結合金のため、圧電素子１０ａを接着する支持
台１４の下面を特別に面粗らし加工を行わなくても、圧
電素子１０ａを接着剤によって強固に固定することがで
きる。

【００８６】又、本実施例において、ステータ１０の振
動部１６を加圧して単位体積当たりの密度を向上させる
ようにしたが、振動部１６上面の空孔１６ｂに対して図
２３に示すように、例えば吸振性の低い銅４８を溶浸さ
せて密度を向上させるようにすることも可能である。こ
の銅４８の他に亜鉛、アルミニウム、銀等の金属又は高
分子化合物を溶浸又は含浸させることも可能である。

【００８７】この他に、サイジング加工を終えたステー
タ１０は切削加工を施して逃げ突部３３ａを削り落とし
て肉薄部１３を形成する。続いて、図２４に示すように
櫛歯状の振動部１６の上面を打圧金型４３によって叩き
加工することにより、互いに隣合う櫛歯状の振動部１６
の上面の平面度を所定規格値内に入れるようにしてもよ
い。この結果、叩き加工により櫛歯状の振動部１６が打
圧されて高密度となるとともに、支持台１４の下方部に
焼結多孔質体の通常密度部分が形成される。

【００８８】尚、円環形の超音波モータ以外の三相入力
の進行波型或いは同相駆動型超音波モータのステータ
も、上記のように焼結合金により製造した後、サイジン
グ加工、加圧加工、目潰し加工及びラッピング加工を適
宜施して製作することも可能である。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、焼
結形成された少なくともステータの振動部の密度を向上
させてロータの回転効率を向上させるとともに、トルク
及び出力を向上させ、しかもステータの製作の簡素化及
び低コスト化を図ることができる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの断面図である。

【図２】ステータにおける振動部の形状を示す部分側面
図である。

【図３】ステータの形状を示す部分斜視図である。

【図４】ステータの形状を示す部分平面図である。

【図５】粉体を加圧加工を行うことを示す説明図であ
る。

【図６】サイジング加工を行うことを示す説明図であ
る。

【図７】サイジング加工を行うことを示す説明図であ
る。

【図８】切削加工前のステータを示す断面図である。

【図９】加圧加工前の振動部の形状を示す部分側面図で
ある。

【図１０】振動部の加圧加工を行うことを説明する説明
図である。

【図１１】振動部の加圧加工を行うことを説明する説明
図である。

【図１２】面圧に対するステータの振動部の平面度を示
す特性図である。

【図１３】面圧に対するステータの振動部の密度を示す
特性図である。

【図１４】超音波モータにおけるトルク−回転数の特性
図である。

【図１５】超音波モータにおけるトルク−回転数の特性
図である。

【図１６】超音波モータにおけるトルク−回転数の特性
図である。

【図１７】サイジング加工を行った後、加圧加工を行う
ことを説明する説明図である。

【図１８】サイジング加工を行った後、加圧加工を行う
ことを説明する説明図である。

【図１９】振動部の形状の別例を示す部分側面図であ
る。

【図２０】振動部の形状の別例を示す部分側面図であ
る。

【図２１】ステータの別例を示す断面図である。

【図２２】目潰し加工を説明する説明図である。

【図２３】振動部の空孔に対して銅を含浸したことを示
す説明図である。

【図２４】ステータの振動部を叩き加工することを示す
説明図である。

【図２５】従来のステータを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…ステータ、１０ａ…圧電素子、１７…ロータ、１
５…スリット、１６…振動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 孝夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子に交流電圧を印加して円環状の
   ステータを振動させ、この振動により前記ステータの上
   面に対して接触する円環状のロータを回転させる超音波
   モータのステータにおいて、 前記ステータを焼結合金にて形成するとともに、該ステ
   ータの上面にはその径方向に略等間隔にスリットを形成
   して櫛歯状の振動部を形成し、前記ステータの径方向と
   直交する方向からの前記振動部を略方形状に形成したこ
   とを特徴とする超音波モータのステータ。
2. 【請求項２】 圧電素子に交流電圧を印加して円環状の
   ステータを振動させ、この振動により前記ステータの上
   面に対して接触する円環状のロータを回転させる超音波
   モータのステータにおいて、 前記ステータを焼結合金にて形成するとともに、該ステ
   ータの上面においてその径方向には略等間隔にスリット
   を形成して櫛歯状の振動部を形成し、少なくとも前記ス
   リットにより形成された櫛歯状の振動部を高密度に加工
   したことを特徴とする超音波モータのステータ。
3. 【請求項３】 高密度の加工は加圧加工であることを特
   徴とする請求項２記載の超音波モータのステータ。
4. 【請求項４】 櫛歯状の振動部を９０％以上の高密度に
   加工したことを特徴とする請求項２記載の超音波モータ
   のステータ。
5. 【請求項５】 焼結後のステータにおける櫛歯状の振動
   部の基部よりも先端部の方が幅広となるように形成した
   ことを特徴とする請求項２記載の超音波モータのステー
   タ。
6. 【請求項６】 上面径方向に略等間隔にスリットを形成
   して櫛歯状の振動部を形成する超音波モータのステータ
   の製造方法において、合金の粉体を加圧してステータを
   形成加工し、形成加工したステータを焼結加工し、焼結
   加工されたステータの形成寸法を向上させるべくサイジ
   ング加工し、サイジング加工されたステータの少なくと
   も前記櫛歯状の振動部を加圧加工するようにしたことを
   特徴とする超音波モータのステータの製造方法。
7. 【請求項７】 加圧加工による加圧は１０ｋｇ／ｍｍ²
   以上であることを特徴とする請求項６記載の超音波モー
   タのステータの製造方法。
8. 【請求項８】 上面径方向に略等間隔にスリットを形成
   して櫛歯状の振動部をもち、径方向と直交する方向から
   の前記振動部を略方形状に形成した超音波モータのステ
   ータの製造方法において、合金の粉体を加圧して前記ス
   テータを形成加工し、形成加工されたステータを焼結加
   工したことを特徴とする超音波モータのステータの製造
   方法。